1.1.9. Техніко-економічні показники виробництва чавуну

До найважливіших техніко-економічних показників роботи доменної печі зачисляють коефіцієнт використання корисного об'єму доменної печі й питому витрату коксу.

Коефіцієнтом використання корисного об'єму доменної печі (КВКО) нази­вається відношення корисного об'єму печі V в м³ до її середньодобової про­дуктивності Р в т:

КВКО= -р м7т. ' (1.1.14)

З ростом продуктивності доменної печі КВКО зменшується. За останні 20...25 років середнє значення цієї величини для металургійних заводів України коливалось у межах 0,55...0,60 [14, с.79; 15, с.298] проти 1,19 в 1940 році [16].

Питомою витратою коксу (К) називається відношення витрати А коксу за добу в кг до добового виробництва чавуну Р в т:

К=-~ркг/т. (1.1.15)

Середнє значення К для доменних печей України становить близько 500, а в

Японії 459 кг/т витопленого чавуну (дані за 1985 рік) [18]. Зниженню витрат

коксу сприяє застосування в доменній печі природного газу, порошкоподібного вугілля або відновних газів (CO + H₂), отриманих внаслідок газифікації твердого палива, а також підвищення температури дуття і застосування кисню.

Розділ 2 виробництво сталі

Сталь — це стоп заліза з вуглецем, у якому масова частка вуглецю не пере­вищує 2,14 %. Крім заліза й вуглецю у сталі завжди є марганець (до 0,8 %), кремній (до 0,4 %), фосфор (до 0,07 %) та сірка (до 0,06 %), що пов'язано з особливостями технології її виробництва.

1.2.1. Суть процесу

Основною сировиною для масового виробництва сталі є переробний чавун і скрап (металобрухт, металеві відходи металургійних та машинобудівних за­водів). Чавун порівняно зі сталлю містить більшу кількість вуглецю, марганцю, кремнію, фосфору й сірки. Позбутись надлишку вуглецю, марганцю, кремнію і фосфору можна шляхом їх оксидації. Під час оксидації вуглець у вигляді газоподібного оксиду вуглецю CO виходить в атмосферу, а марганець і кремній утворюють нерозчинні в розтопленому металі оксиди МпО і SiO,. Фосфор оксидується до Р,О₅, який, сполучаючись з флюсом СаО, переходить у нерозчинний у металі фосфат кальцію (СаО),-Р,О₅. Сірку з розчиненого в металі сульфіду заліза FeS переводять у нерозчинний сульфід кальцію CaS. Утворені сполуки (МпО, SiO₂, (СаО),-Р₂О₅), які мають меншу від заліза густину, випливають на поверхню як шлак.

1.2.2. Тенденції розвитку виробництва сталі у 20 столітті

Попри все ширше використання в народному господарстві стопів кольо­рових металів, пластмас і композитних матеріалів, сталь залишається основним конструкційним матеріалом завдяки кращим механічним і технологічним властивостям та порівняно невисокій вартості. Жодна з промислово розвинутих країн світу не обходиться без власного виробництва сталі. Обсяги виробництва сталі та його технології є важливою характеристикою промислового потенціалу кожної держави.

Виробництво сталі у світі протягом 20 ст. розвивалось надзвичайно, високими темпами (рис. 1.2.1 і табл. 1.2.1). Якщо сумарна кількість сталі, витопленої у світі в 1900 p., становила 28,3 млн. т., то в 1990 р. вона зросла до 769 млн. т., тобто за 90 років виробництво сталі у світі збільшилось майже у 30 разів, в Україні — в 46 разів, а у СШ А — до 10 разів. Водночас за кілька останніх років виробництво сталі спало від 784 млн. т. в 1989 р. до 730 млн. т. в 1994 р. Це пояснюється не стільки зростанням випуску нових конструкційних матеріалів [17], скільки кризою металургійної й металообробної промисловості ^кращ колишнього соціалістичного табору. За результатами 4995 р. Україна ввійшла до першої десятки виробників сталі (див. табл. 1.2.1).

Зазначимо, що на початку 20 ст. у металургійній промисловості світу панували два основні способи виробництва сталі — конверторний (в бесемерових і в томасових конверторах) та мартенівський. Третій спосіб — виробництво сталі в електропечах — перебував на початковій стадії розвитку. В 1952 р. започатковано промислове виробництво сталі в кисневих конверторах. Киснево-конверторна сталь за якістю не поступалась мартенівській, але вартість киснево-конверторної сталі була нижчою.

Очевидно, що попит на сталь, витоплену тим чи іншим способом, визначався її ціною і властивостями. Попри високу продуктивність бесемерових і томасових конверторів та порівняно низькі виробничі витрати, металургам не вдалося за­безпечити високу якість конверторної сталі. Ось чому мартенівське виробництво, частка якого в 1900 р. становила близько 40 %, стало поступово витісняти конверторний спосіб. У I960 р. в мартенівських печах виробляли 82 % сталі, в електропечах — 10 %, в бесемерових і в томасових конверторах разом — близько

4 % v кисневих конверторах — 3,5 %. Киснево-конверторннй спосіб, починаючи •_ |954 p., став надзвичайно швидко поширюватись у світі. Як наслідок, частка талі вироблена в кисневих конверторах у 1970 p., перевищила 40 %, у 1980 р. вона становила близько 52 %, у 1990 р. — 56,6 %.

Киснево-конверторна сталь зовсім витіснила зі світової арени виробницт­во сталі в бесемерових та в томасових конверторах і стала причиною занепаду мартенівського виробництва, яке в 1990 р. зменшилась до 1 5,6 %.

Виробництво сталі в електричних печах від початку століття розвивалось дуже повільно, досягнувши в 1925 р. близько 1 %, у 1950 р. — 6,5 %. Однак потреба у високоякісній сталі стимулювала розвиток електрометалургії. Ось чому вже в 1970 р. частка витопленої електросталі в світі становила 14 %, у 1990 р. — 27,6 %. На сьогодні виробництво сталі в електропечах вийшло на друге місце після киснево-конверторного способу й зберігає тенденцію до зростання.

Покажемо, якими способам виробництва сталі віддавали перевагу протягом 20 ст. в окремих країнах, розглянувши три найпоширеніші в наш час способи витоплювання сталі — киснево-конверторний, електропічний і мартенівський. Якщо в галузі киснево-конверторного виробництва в 1960 р. Україна перевищила світовий показник (рис. 1.2.2,а), то в наступні роки вона поступово втрачала свої позиції, так що в 1990 р. частка української сталі, виробленої киснево-конверторним способом, становила 40,4 % [30, с.37] проти 56,6 % у світі. В 1996 р. цей показник в Україні збільшився до 45,3 % [30, с.37]. Відносна кількість киснево-конверторної сталі, виготовленої в США, не набагато відхилялась від світового рівня. У Японії темпи киснево-конверторного виробництва були особливо високі, зокрема в 1970 — 1977 pp., коли частка цього виробництва коливалась біля 80 %.

Особливо помітне відставання України від темпів світового розвитку в галузі електрометалургії (рис. 1.2.2,6). Частка сталі, витоплюваної в елект­ропечах США до 1979 p., не перевищувала світового рівня, а далі темпи розвитку американської електрометалургії були вищі від світових (за 1990 р. в США вироблено 36,8 % електросталі, у світі — 27,6 'Мі).

Японія перевищила світовий рівень у сфері електрометалургії ще в 1930 р. і надалі зберігає ці позиції.

Найбільше відстає Україна від світових технологій щодо мартенівського виробництва (рис. 1.2.2,в). Якщо Японія припинила виробництво мартенівської сталі ще в 1977 p., а частка мартенівської сталі в США в 1990 р. впала до 3,6%, то в Україні вона становила 52%. У 1992 р. частка мартенівської сталі знизилась в Україні до 49 %.

Отже, попри те, що Україна за обсягами виробництва сталі досягла високого рівня, вона відстає від сучасних технологій витоплювання сталі. Украй занедбана металургійна промисловість України потребує докорінної реконструкції й чималих капіталовкладень.